Nel 1663 la moglie del defunto duca Alfonso IV fece ingrandire e globalmente riadattare la vecchia chiesa di Sant'Agostino (in piazzale Sant'Agostino), con l'intento di trasformarla in Pantheon Estense. La chiesa, il cui corpo è attaccato al Palazzo dei Musei, ha una facciata molto sobria in cotto, e solo nella lunga fiancata sinistra conserva, negli archi pensili e nelle decorazioni a dente di sega e a 'T' eseguite in mattoni, alcune tracce della originaria chiesa gotica, poi ampiamente trasformata. L'interno, che mantiene l'impostazione prevista dai duchi estensi intorno alla metà del '600, risponde ad eloquenti criteri scenografici, con la prima impressione di grandiosità che è suggerita dallo sviluppo della lunga navata unica, sottolineata dalla fuga del soffitto a lacunari, tutto dipinto con soggetti volti alla glorificazione della stirpe estense. L'elegante quiete interna è accentuata dalla luminosità che piove dagli ampi finestroni, aperti sui due lati e nell'abside; la diffusa atmosfera di chiarore è sostenuta dai molti stucchi imitanti il bianco del marmo e dal pavimento, anch'esso splendente. La fuga prospettica cancella le cappelle, che però si rivelano via via, procedendo verso l'altare, nel lusso delle loro decorazioni.

Contrariamente agli intenti della duchessa Laura Martinozzi, il Pantheon degli Estensi diventò invece la chiesa di S. Vincenzo (in Corso Canalgrande), la cui facciata, sormontata da un frontone triangolare, è resa imponente dalle colonne di marmo e dai finti pilastri che si rilevano sul fondo di cotto. L'interno del Pantheon Estense ha in comune con la chiesa di S. Agostino la struttura a navata unica, molto luminosa grazie ai finestroni sui lati e alle finestre quadrilobate della cupola. Ma, mentre in S. Agostino si percepisce il lusso temperato dall'eleganza, dentro S. Vincenzo si prova una più fredda sensazione di vuota ampiezza. Verso l'altare, le tombe di alcuni membri della famiglia Estense, arricchite di marmi scolpiti con distaccata politezza, accentuano un'atmosfera di solennità sepolcrale. A destra, sul fondo della chiesa, si accede alla Cappella mortuaria (dove sono sepolti 16 duchi) costruita molto più tardi, nel 1838.